直立凹形深基坑爆破開挖施工技術

鄭俊峰

（四川路橋華東建設有限責任公司，四川 雙流 610200）

1 工程概述

1.1 工程概況

布拖縣馮家坪跨金沙江溜索改橋工程位于四川省與云南省交界的金沙江上，北接四川省布拖縣馮家坪村，南接云南省巧家縣茂租鎮鸚哥村。

該橋全長385.2 m，主孔凈跨為260 m鋼筋混凝土拱橋。主拱座均處懸崖峭壁之上，主要巖層為白云巖。四川岸有公路通行，拱座基坑開挖方量約1.5萬m3。云南岸無公路且無法修建便道，拱座基坑開挖方量約4.5萬m3。現介紹的施工技術主要以云南岸拱座基坑爆破開挖施工為例[1-3]。

1.2 工程地質條件

1.2.1 地形地貌

橋位區橫跨金沙江，位于攀西高原南側，屬構造侵蝕高中山地貌。其中，云南岸拱座下方基巖裸露，總體坡角約為70°～90°，呈陡崖地形，拱座及以上斜坡呈多級陡緩不均的臺階狀斜坡地形，緩坡處多被墾為旱地及少量農田。

1.2.2 地層巖性及地址構造

場地出露地層有新生界第四系全新統崩坡積層（Q4cl+dl）、沖洪積層（Q4al+pl）、坡殘積層（Q4dl+el）和古生界志留系中統石門坎組(S2s+S3）、奧陶系中統大青組（O2d）地層。

場地位于黑河水向斜NW側，經調查場地巖層產狀變化在 65°～95°∠16°～30°。優勢產狀 75°∠20°。在巖體中主要發育有二組節理：L1：170°～190°∠65°～85°，隙面平整、起伏，延伸＞5 m，切深5.0 m，間距 0.8～2 m；L2：280°～290°∠70°～85°，隙面平直，延伸＞3 m，切深2.0 m，間距0.5～1 m，巖體在層面、節理的切割下呈塊狀～裂隙狀結構。

2 拱座基坑爆破開挖工程簡介

云南岸拱座基坑地表沿線路方向開挖長約41 m，垂直線路方向長約38 m，基坑底面沿線路方向長約34 m，基坑垂直線路方向長12 m，最大開挖深度近51 m。開挖后各級邊坡高度約20 m，坡比為1∶0.2，各級臺階上留有寬2 m的平臺（見圖1、圖 2）。

圖1 云南岸沿線路方向基坑爆破開挖區典型斷面圖（單位：m）

圖2 云南岸垂直線路方向基坑爆破開挖區典型斷面圖（單位：m）

3 拱座基坑控制爆破施工設計

3.1 主爆孔施工設計

3.1.1 主爆孔炮孔布置

為保證爆破效果，使后排炮孔的爆破夾制作用不致過大，拱座基坑主開挖區按矩形布置80個炮孔，分10排布置，每排8個炮孔。沿路線方向為排距方向，垂直路線方向為孔距方向。第一排孔以陡崖為自由面進行布孔，且底盤抵抗線，Wd=3.5～3.8 m。主爆孔孔距為3.5 m，排距為2.7～2.8 m，臨近開挖邊界的炮孔與開挖邊界的間距為1.6～1.8 m。

3.1.2 裝藥結構和炮孔堵塞

主爆孔使用2#巖石乳化炸藥，采用連續裝藥結構，每個炮孔裝2個起爆藥包，每個起爆藥裝1 kg乳化炸藥（可由5個直徑32 mm的藥卷捆綁而成），并用2發非電導爆管雷管起爆。其裝藥結構形式如圖3所示。

圖3 云南岸拱座基坑主爆孔的裝藥結構圖

炮孔堵塞采用配比為1∶3的黏土與細沙的混合物或黏性較好的黏土堵塞。主爆孔的堵塞長度取 2.5～3.5 m。

3.1.3 起爆網路

主爆孔采用孔內與孔外相結合的逐孔毫秒延時非電起爆網路，其中，孔內延時210～280 ms，采用7段或9段非電雷管；同排孔間延時間隔為25～50 ms，采用2段或3段傳爆雷管，排間延時間隔為50～100 ms采用3段或5段非電雷管傳爆。圖4為出了孔內延時210 ms、同排孔間延時25 ms、排間延時50 ms的起爆網絡形式。

圖4 云南岸拱座基坑主爆區起爆網絡圖

3.1.4 爆破材料統計表

設計選用2#巖石乳化炸藥，每孔平均裝藥135 kg，每次爆破以80炮孔計算，則每次爆破消耗炸藥10 800 kg。雷管消耗量的多少與起爆網路形式、裝藥結構和炮孔參數有關，每孔孔內需要4發非電雷管，以80個炮孔計算，則需要320發非電雷管；每孔外需要2發非電雷管，以80個炮孔計算，需要160發非電雷管，則單次起爆共計需要480發非電雷管。云南岸一次爆破的爆破材料消耗量如表1所列。

表1 單次爆破材料消耗量一覽表

3.2 光爆孔施工設計

3.2.1 光爆孔炮孔布置

光爆孔布置在基坑邊坡的開挖邊界上，炮孔間距1.6 m，整個開挖邊界共布設60個周邊炮孔。

3.2.2 裝藥結構

為確保裝藥質量和光爆效果，周邊光面爆破炮孔的藥卷用導爆索串聯綁接裝入孔內，其裝藥結構形式如圖5所示。

3.2.3 起爆網路

周邊孔與主爆孔同次分段起爆，起爆雷管由最后起爆的炮孔的傳爆雷管起爆，相鄰炮孔之間的導爆索用T形連接，雙向傳爆。光面爆破炮孔的起爆雷管比最后1個起爆主爆孔延遲100～200 ms，即用5段或7段非電導爆管雷管在孔內起爆。

3.2.4 爆破材料統計表

云南岸拱座基坑分兩層爆破施工，每層爆破時有60個周邊孔，單孔裝藥量為14 kg，則每層光面爆破需要消耗840 kg炸藥。每孔平均需要消耗26 m導爆索，則每層光面爆破需要消耗1 560 m導爆索，取1 600 m導爆索。每次爆破需要4發非電導爆管雷管。現將單層光面爆破的爆破材料消耗量列于表2中。

表2 每層爆破材料消耗量一覽表

3.3 拱座基坑基底爆破施工設計

拱座基坑基底為臺階型，4層臺階每層高度為2.5 m，共分為4次爆破，每次深度為2.5 m，爆破采用小孔鋼釬炮進行施工，孔間距按1.5 m×1.5 m梅花形布設，采用少藥量爆破輔助人工風鎬開挖，確保基底的巖石結構穩定性和整體性。

4 施工總結及分析

拱座基坑爆破后，最大方量為20 000 m3左右，采用三臺小型挖機裝運至提渣桶內，通過運輸索道倒入四川岸自卸汽車，然后運至指定棄土場。

由于基坑開挖爆破要求盡可能保持邊坡巖體的完整性、穩定性和減少裝渣困難，主爆區采用深孔加強松動臺階爆破方案，光爆區采用深孔光面爆破方案；主爆區和光爆區的臺階高度一致，采用同次分段起爆的一次爆破成型方式。為盡可能降低爆破地震效應，及形成平順、光滑邊坡的同時，在開挖爆破設計和作業過程中主要采取以下技術措施：

（1）為控制爆破地震強度，采用毫秒延時逐孔起爆的加強松動臺階爆破方案。云南岸拱座基坑臺階高度取20～23 m，采用直徑100 mm的炮孔。

（2）合理選擇爆破孔網參數，使之達到加強松動的目的，減少粒徑偏大爆渣。具體方法是適當減小主爆孔的孔距、排距，增大炸藥單耗。

（3）為防止飛石破壞施工設備，危及施工人員的安全，炮孔堵塞長度不小于30倍孔徑，并加強堵塞質量。

（4）淺孔爆破次數多，對周圍村民生活勞作影響大，易出現阻工。深孔爆破次數少，單孔藥量大，地震效應大，需控制振動強度，主爆孔與光爆孔同次分段毫秒延時逐孔起爆。